题目内容

【题目】如下图所示,某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。

根据要求回答相关问题:

(1)甲装置中通入氧气的电极为______________(填“正极”或“负极”),负极的电极反应式为_________________。

(2)乙装置中铁电极为_______(填“阳极”或“阴极”),石墨电极(C)上发生_____反应(填“氧化”或“还原”),其电极反应式为___________________。

(3)反应一段时间后,乙装置中生成氢氧化钠主要在_____________区。(填“铁极”或“石墨极”)

(4)如果粗铜中含有锌、银等杂质,丙装置中反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将_______(填“增大”“减小”或“不变”)。

(5)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为_____;丙装置中阴极析出铜的质量为_____________。

【答案】正极 H2-2e-+2OH-=2H2O 阴极 氧化 2Cl--2e-=Cl2↑ 铁极 减小 0.2NA(或1.204×1023) 12.8 g

【解析】

甲为燃料电池,氢气通入一极为负极,氧气通入一极为正极;乙为电解池,与负极相连的Fe电极为阴极,与正极相连的石墨电极为阳极,实质为电解饱和食盐水;丙为精炼池,与正极相连的粗铜为阳极,与负极相连的精铜为阴极。

(1)燃料电池中氧气通入一极为正极,得电子发生还原反应,氢气通入一极为负极,氢气在负极上失电子发生氧化反应,电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O,故答案为:正极;H2-2e-+2OH-=2H2O;

(2)乙池属于电解池,与负极相连的铁电极是阴极,与正极相连的石墨电极是阳极,氯离子在阳极上失电子发生氧化反应生成氯气,电极反应式为2Cl--2e-═Cl2↑,故答案为:阴极;氧化;2Cl--2e-═Cl2↑;

(3)乙池中阴极是铁电极,阳极是石墨电极,阳极上氯离子失电子发生氧化反应生成氯气,阴极上水电离出的氢离子得电子发生还原反应生成氢气,破坏水的电离平衡,使阴极附近氢氧根离子逐渐增大呈碱性,所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区,故答案为:铁极;

(4)如果粗铜中含有锌、银等杂质,比铜活泼的锌与铜在阳极上失电子进入溶液,阴极上铜离子得电子发生还原反应析出铜,根据得失电子守恒,阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜,所以丙装置中反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将减小,故答案为:减小;

(5)根据方程式中的转化关系可得:O2----2H2----2Cu,标准状况下2.24 L氧气的物质的量为0.1mol,则生成氢气的分子数是0.2×6.02×1023=1.204×1023,生成铜的质量是0.2mol×64mol/L=12.8g,故答案为:0.2NA(或1.204×1023);12.8 g。

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